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物理学上有四大神兽，区分是芝诺的乌龟，拉普拉斯兽、麦克斯韦妖、薛定谔的猫。之前屡次共享过薛定谔的猫，今天不息共享另一大神兽：麦克斯韦妖。

1872年，物理学界大佬麦克斯韦在一册书中提到，有一种生物可能会违犯热力学第二定律，具体是何如回事呢？

让咱们设计有一种奇特的生物，暂且叫它“麦克斯韦妖”，这种生物领有很高的才略，不错精准跟踪每个分子的踪迹轨迹，能分辨出分子的速率位置等，约略按照某种规律或者律例把未必怒放的分子分派到相应的区域。

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咫尺，假定有这样一个容器，容器被分为A和B两部分，两部分中间有隔板分开，隔板上有一个小洞。由于麦克斯韦妖能精准不雅测到单个分子的怒放速率和位置，是以表面上就不错让怒放速率更快的分子从A部分干涉到B部分，只需要比及某个速率更快的分子将近到达隔板上的小洞时，赶紧翻开隔板，分子就会从A部分到达B部分。

如斯束缚进行雷同的操作，效果就是B部分的分子怒放速率更快，而A部分的分子怒放速率更慢，B部分的温度更高，A部分的温度更低。麦克斯韦假定挡板相等轻，对挡板翻开流程中的作念功不错忽略不计。

这就意味着，麦克斯韦妖在什么王人莫得作念，起码莫得作念功的情况下，就让热量已毕了交换，这明显违犯了热力学第二定律，明显是不成能的。

这就是麦克斯韦妖的由来，那么，咱们到底该怎样解释麦克斯韦妖违犯热力学定律这个矛盾呢？

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先从热力学第二定律提及。

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热力学定律共有四个，咱们相比熟识的是前三个定律，第四个定律叫作念“热力学第零定律”，有有趣的不错去搜索了解下，这里不再胪陈了。

第一定律是能量守恒定律，第二定律也被称为“熵增定律”，天然界能量转换王人是具有主见性的，不成逆的。第三定律，齐全零度时，扫数纯物资的齐备晶体的熵值为零。也叫齐全零度。齐全零度试验是无法达到的，仅仅表面值。

三大定律中，第二定律其实更有趣，能带给咱们更深的想考。热力学第二定律精深有两种表述方法。

第一：不成能制造出这样一种热机，只从单一热源吸热对外作念功而不产生其他影响。

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第二：不成能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或者说热量不成能自愿地从低温物体传到高温物体。

而麦克斯韦妖的操作，明显意味着热能不错额自愿地从低温物体迁移到高温物体。况兼刚才说了，热力学第二定律其实亦然“熵增旨趣”，该旨趣标明，在一个顽固的系统里，系统老是倾向于从有序到无序，这个流程是不成逆的。

从熵的角度来讲，麦克斯韦妖雷同是矛盾的，违犯了熵增定律，毕竟速率更快的分子通盘到B部分，速率更慢的分子留在A部分，很明显系数系统变得更有序了。

再来说说温度的宗旨。

提到温度，咱们精深会用热或者冷来表述，其中这种表述方法是不严谨的，因为冷热王人是相对的，40的天气咱们嗅觉很热，但40度在太阳温度眼前又显得太冷了。

物理学上对温度的界说是这样的，用平均动能来示意，庸俗相识就是多数分子的平均动能，而不是单个分子的热怒放，这里期骗的是统计学旨趣。每个分子王人有热怒放，但并不是扫数的分子王人以疏导的速率怒放。

说结束温度的宗旨，再回卓越来望望麦克斯韦妖这个“恶魔”。为了更好地相识麦克斯韦妖，咱们致使不错把这个恶魔设想成一个表率相等小的传感器，能精准感应到分子的速率，从而决定是翻开挡板如故关闭挡板。

当传感器感应到速率较快的分子时，用红色小点示意这样的分子，就会翻开挡板，让分子干涉B区域。要是传感器感应到的是速率较慢的分子，就不会翻开挡板。如斯一来，到终末B区域就只会剩下速率较高的分子，温度天然也会更高。

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刚才也说了，这就极度于恶魔莫得使用任何动力，就不错把热量从低温物体传递到高温物体。要是确实不错这样作念的话，那东说念主类就发达了，意味着透顶的动力解放，说白了就是咱们领有了心向往之的永动机，无谓再为动力穷乏而发愁。

缺憾的是，上头的设计是不成能的，欧博正网因为违犯了热力学第二定律，咱们不成能通过这种方法制造出永动机的。

然而，问题还在，咱们该怎样解释麦克斯韦妖的活动呢？明明违犯了热力学第二定律，但看上去确乎施得通。麦克斯韦妖这个想想实验到底何处出了问题呢？

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对于麦克斯韦妖这个恶魔，第一个问题是，这个恶魔确实能精准测量出每个分子的速率吗？况兼测量的流程确实不徒然任何能量吗？

事实上，能精准测量出每个分子的速率的“恶魔”是不存在的。醒目的东说念主可能仍是看出来了，在麦克斯韦妖这个想想实验流程中，完全莫得谈到恶魔是怎样精准测量分子速率的。

而现实情况是，不管恶魔怎样测量分子的速率，也就是测量温度，一定会使用能量。而徒然能量就意味着着熵增。

恶魔在处理分子的信息形成的会熵增，远远越过分派粒子的熵减，是以麦克斯韦妖并不违犯热力学第二定律。科学家们信托测量信息的流程一定会产生熵，而这时候阿谁恶魔其实仍是死了。

不外匈牙利物理学家希拉德在1929年又让恶魔“回生”了。具体何如回事呢？他作念了一个麦克斯韦妖的升级版实验，亦然一个想想实验，构造了一个只需要处分单个分子的简化恶魔系统，也就是单分子引擎。

这个想想实验具体是这样的。

在一个密闭的箱子里有一个分子。妖精通过测量，不错知说念分子到底是在左边如故右边。要是在左边，就在箱子的左边装配一个挡板，挡板上系上一根绳索绑上重锤，就是一个浅薄的活塞系统。

由于阿谁分子在左边，例必会向右迁移，这样就会鞭策活塞怒放。终末，把挡板拆掉，系统又还原到原有情景。系数流程中，极度于单个分子不错自愿地索求一些热能并将其转换为等量的功。

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要是不议论妖精的测量流程，如斯模子完全就是第二类永动机，也就是违犯热力学第二定律的永动机，熵不错自愿地减少。天然这是不成能的。

希拉德合计，温度就出在妖精的“测量”上，妖精要想获取分子的信息，就必须测量。而获取信息是要付出代价的，这种代价就会使得周围环境的熵增多。系统看起来的“熵”的减小，其实来自妖精测量流程中“信息熵”的增多。

也就是说，合座来看，系统的熵仍然是增多的，雷同莫得违犯热力学第二定律。

希拉德的不雅点第一次让东说念主类坚贞到了“信息熵”的宗旨，而大要20年之后，香农在1948年才初次提倡了信息论，希拉德在大要20年前就有了访佛的想想，天然有些糊涂，但确乎让咱们坚贞到了信息的物理试验，初次将信息与能量徒然相关起来。

跟着技巧的推移，到了1961年，物理学家兰说念尔提倡了兰说念尔旨趣：规划打算机在删除信息的流程中会对环境开释出少量的热量，例必有电能诊治成了热能被开释到环境中，这亦然咱们的电脑束缚发烧的原因，该热量的数值与环境温度成正比，删除信息的流程电能改造成热能是不成逆的热力学流程，因此规划打算机通过规划打算而闲逸热量的流程亦然不成逆的。

也就是说，在咱们删除信息时，热能就产生了。比如说，咱们常常会删除手机电脑里莫得的图片，视频或者其他文献，以为这样作念不会敌手机电脑有任何影响，其实否则，删除的流程雷同会产生热能。

跟着东说念主类对信息的筹商束缚久了，科学家深信：信息亦然一种物理实体。这种不雅点其实完全违犯了咱们的直观和日常糊口教养，即就是实体，咱们也会合计信息是概括的实体，何如可能是物理实体呢？

比如说，电脑里的信息试验上就是0和1构成的一连串虚构代码，何如会是物理实体呢？电脑的机箱，主板，电源，硬盘等王人是物理实体，这很好相识，信息为什么亦然物理实体呢？

科学家们的解释是，信息确乎是物理的，因为信息老是要储存在某个物理介质中，况兼会受到物理介质的拘谨。不管咱们把信息储存在硬盘如故一张纸上，物理定律王人边界着这些开导的特质，同期也会为止东说念主类处理信息的材干。信息本人的发达就像熵那样，会受到物理定律的主宰，亦然一种物理量。

天然以上所议论的基本王人停留在表面层面，但事实上科学家早就通过实考据明了这点，日本科学家早在十几年前就作念到了“从信息中获取能量”的豪举。

以上就是麦克斯韦妖，以及它给物理学界带来的弘大影响。想当初，麦克斯韦本东说念主可定想不到他横蛮的一个想想实验，果然能对东说念主类相识熵和信息的试验产生如斯大的影响。麦克斯韦提倡这个想想实验的贪图其实很横蛮，就是为了解释热力学中的统计属性，但谁也没预见就是这样一个“恶魔”，果然困扰了物理学界一百多年，但同期也鞭策了信息表面的发展。

这就有点像薛定谔提倡的想想实验“薛定谔的猫”，也大大鞭策了量子力学的发展，让普通的吃瓜环球也了解了量子天下有何等神奇！

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